|
емкость обменного комплекса [9,10]. Ионообменный процесс является важным фактором, способствующим снижению прочности межмолекулярных связей между частицами глины и цементирующего материала, и способствует глубокому диспергированию глинистых агрегатов. Обменный процесс вызывает изменение структурных свойств породы, изменение смачивающей способности поверхности породообразующего и цементирующего материалов. Поглотительная способность глин характеризуется обменной емкостью, которая зависит от состава глины и количества содержащихся в ней активных групп. Активные группы имеют гидрофильный характер. При контакте глины с водой происходит своеобразная диссоциация активных групп на подвижные и мало подвижные ионы, связь между которыми ослабляется. При контакте увлажненной глины с растворами электролитов также происходит ионизация активных групп и процесс ионообмена. Однако, в зависимости от состава обменного комплекса раствора, набухания глины и нарушения связей между частицами может и не быть. Так, например, содержащиеся в фильтрате катионы Na+ замещают ионы Са2~ и Mg2+, содержащиеся в глине, что способствует пептизации глины, ее набуханию и разрушению. И, наоборот, если в фильтрате Л I в основном содержатся ионы Са , то устойчивость глины на стенках скважины будет стабильной. Состояние глинистых пород на стенках скважины также будет зависеть от соотношения степени набухания и величины сил связи и пластичности породы. При значительном набухании и довольно жесткой структуре глинистых пород может быть растрескивание, расслоение и осыпание пород с образованием каверн, а при достаточных силах связи и высоких пластических свойствах при той же интенсивности набухания возможно выпучивание породы и сужение ствола. Большое значение имеет скорость ионообмена. Его движущей силой является диффузия, за счет которой и происходит взаимный процесс перемещения ионов с поверхности породы в окружающую жидкую среду и 14 |
6. На прочность связи ионов с частицами глины влияет степень гидратации ионов. Так как одновалентные катионы (например, Naf ) сильнее гидратируют, то они легко выделяю гея из поглощенного комплекса. 7. Скорость обменных процессов в основном подчиняется общим законам химической кинетики. Она тем больше, чем больше концентрация замещающих ионов в поровом растворе. С наибольшей скоростью обмен происходит у каолинита, тогда как у монтмориллонита она протекает во много раз медленнее. Анализ показывает, что наряду с количественным фактором поступившего в пласт фильтрата еще большее значение имеют его состав и емкость обменного комплекса [4]. Ионообменный процесс является важным фактором, способствующим расслаблению межмолекулярных связей между частицами глины и цементирующего материала и способствует глубокому ~ диспергированию глинистых агрегатов. Обменный процесс вызывает изменение структурных свойств породы, изменение смачивающей способности поверхности породообразующего и цементирующего материалов. Поглотительная способность глин характеризуется обменной емкостью, которая зависит от состава глины и количества содержащихся в ней активных групп. Активные группы имеют гидрофильный характер. При контакте глины с водой происходит своеобразная диссоциация активных групп на подвижные и мало подвижные ионы, связь между которыми ослабляется. При контакте увлажненной глины с растворами электролитов также происходит ионизация активных групп и процесс ионообмена. Однако, в зависимости от состава обменного комплекса раствора, набухания глины и нарушения связей между частицами может и не быть. Так, например, содержащиеся в фильтрате катионы Na~ замещают ионы Са2+ и Mg2', содержащиеся в глине, что способствует пептизации глины, ее набуханию и 37 разрушению. И, наоборот, если в фильтрате в основном содержатся ионы Са2+, то устойчивость глины на стенках скважины будет стабильной. Состояние глинистых пород на стенках скважины также будет зависеть от соотношения степени набухания и величины сил связи и пластичности породы. При значительном набухании и довольно жесткой структуре глинистых пород может быть растрескивание, расслоение и осыпание пород с образованием каверн, а при достаточных силах связи и высоких пластических свойствах при той же набухаемости возможно выпучивание породы и сужение ствола. Большое значение имеет скорость ионообмена. Его движущей силой является диффузия, за счет которой и происходит взаимный процесс перемещения ионов с поверхности породы в окружающую жидкую среду и наоборот. Процесс, идущий между ионами активных групп и электролитом, совершается быстро. Однако в большинстве случаев равновесие устанавливается в течение нескольких минут, часов, а иногда и суток. Этим можно объяснить некоторую устойчивость по времени обваливающихся пород при бурении. Таким образом, катионный обмен во многом определяет свойства глинистых минералов. С его помощью можно управлять как свойствами глинистых пород, слагающих стенки скважины, так и физико-химическими процессами при взаимодействии бурового раствора с горными породами. На основе анализа возможных причин нарушения устойчивости стенок скважины их можно разделить по трем основным группам (Рис. 1.3). При этом была установлена недооценка роли капиллярно-адгезионных взаимодействий в массиве горных пород. 38 |